Branch data Line data Source code
1 : : // Copyright (c) 2020-2021 The Bitcoin Core developers
2 : : // Distributed under the MIT software license, see the accompanying
3 : : // file COPYING or http://www.opensource.org/licenses/mit-license.php.
4 : :
5 : : #include <crypto/chacha20.h>
6 : : #include <test/fuzz/FuzzedDataProvider.h>
7 : : #include <test/fuzz/fuzz.h>
8 : : #include <test/fuzz/util.h>
9 : :
10 : : #include <cstdint>
11 : : #include <vector>
12 : :
13 : : /*
14 : : From https://cr.yp.to/chacha.html
15 : : chacha-merged.c version 20080118
16 : : D. J. Bernstein
17 : : Public domain.
18 : : */
19 : :
20 : : typedef unsigned int u32;
21 : : typedef unsigned char u8;
22 : :
23 : : #define U8C(v) (v##U)
24 : : #define U32C(v) (v##U)
25 : 2 :
26 : : #define U8V(v) ((u8)(v)&U8C(0xFF))
27 : : #define U32V(v) ((u32)(v)&U32C(0xFFFFFFFF))
28 : :
29 : : #define ROTL32(v, n) (U32V((v) << (n)) | ((v) >> (32 - (n))))
30 : :
31 : : #define U8TO32_LITTLE(p) \
32 : : (((u32)((p)[0])) | ((u32)((p)[1]) << 8) | ((u32)((p)[2]) << 16) | \
33 : : ((u32)((p)[3]) << 24))
34 : :
35 : : #define U32TO8_LITTLE(p, v) \
36 : : do { \
37 : : (p)[0] = U8V((v)); \
38 : : (p)[1] = U8V((v) >> 8); \
39 : : (p)[2] = U8V((v) >> 16); \
40 : : (p)[3] = U8V((v) >> 24); \
41 : : } while (0)
42 : :
43 : : /* ------------------------------------------------------------------------- */
44 : : /* Data structures */
45 : :
46 : : typedef struct
47 : : {
48 : : u32 input[16];
49 : : } ECRYPT_ctx;
50 : :
51 : : /* ------------------------------------------------------------------------- */
52 : : /* Mandatory functions */
53 : :
54 : : void ECRYPT_keysetup(
55 : : ECRYPT_ctx* ctx,
56 : : const u8* key,
57 : : u32 keysize, /* Key size in bits. */
58 : : u32 ivsize); /* IV size in bits. */
59 : :
60 : : void ECRYPT_ivsetup(
61 : : ECRYPT_ctx* ctx,
62 : : const u8* iv);
63 : :
64 : : void ECRYPT_encrypt_bytes(
65 : : ECRYPT_ctx* ctx,
66 : : const u8* plaintext,
67 : : u8* ciphertext,
68 : : u32 msglen); /* Message length in bytes. */
69 : :
70 : : /* ------------------------------------------------------------------------- */
71 : :
72 : : /* Optional features */
73 : :
74 : : void ECRYPT_keystream_bytes(
75 : : ECRYPT_ctx* ctx,
76 : : u8* keystream,
77 : : u32 length); /* Length of keystream in bytes. */
78 : :
79 : : /* ------------------------------------------------------------------------- */
80 : :
81 : : #define ROTATE(v, c) (ROTL32(v, c))
82 : : #define XOR(v, w) ((v) ^ (w))
83 : : #define PLUS(v, w) (U32V((v) + (w)))
84 : : #define PLUSONE(v) (PLUS((v), 1))
85 : :
86 : : #define QUARTERROUND(a, b, c, d) \
87 : : a = PLUS(a, b); d = ROTATE(XOR(d, a), 16); \
88 : : c = PLUS(c, d); b = ROTATE(XOR(b, c), 12); \
89 : : a = PLUS(a, b); d = ROTATE(XOR(d, a), 8); \
90 : : c = PLUS(c, d); b = ROTATE(XOR(b, c), 7);
91 : :
92 : : static const char sigma[] = "expand 32-byte k";
93 : : static const char tau[] = "expand 16-byte k";
94 : :
95 : 0 : void ECRYPT_keysetup(ECRYPT_ctx* x, const u8* k, u32 kbits, u32 ivbits)
96 : : {
97 : : const char* constants;
98 : :
99 : 0 : x->input[4] = U8TO32_LITTLE(k + 0);
100 : 0 : x->input[5] = U8TO32_LITTLE(k + 4);
101 : 0 : x->input[6] = U8TO32_LITTLE(k + 8);
102 : 0 : x->input[7] = U8TO32_LITTLE(k + 12);
103 [ # # ]: 0 : if (kbits == 256) { /* recommended */
104 : 0 : k += 16;
105 : 0 : constants = sigma;
106 : 0 : } else { /* kbits == 128 */
107 : 0 : constants = tau;
108 : : }
109 : 0 : x->input[8] = U8TO32_LITTLE(k + 0);
110 : 0 : x->input[9] = U8TO32_LITTLE(k + 4);
111 : 0 : x->input[10] = U8TO32_LITTLE(k + 8);
112 : 0 : x->input[11] = U8TO32_LITTLE(k + 12);
113 : 0 : x->input[0] = U8TO32_LITTLE(constants + 0);
114 : 0 : x->input[1] = U8TO32_LITTLE(constants + 4);
115 : 0 : x->input[2] = U8TO32_LITTLE(constants + 8);
116 : 0 : x->input[3] = U8TO32_LITTLE(constants + 12);
117 : 0 : }
118 : :
119 : 0 : void ECRYPT_ivsetup(ECRYPT_ctx* x, const u8* iv)
120 : : {
121 : 0 : x->input[12] = 0;
122 : 0 : x->input[13] = 0;
123 : 0 : x->input[14] = U8TO32_LITTLE(iv + 0);
124 : 0 : x->input[15] = U8TO32_LITTLE(iv + 4);
125 : 0 : }
126 : :
127 : 0 : void ECRYPT_encrypt_bytes(ECRYPT_ctx* x, const u8* m, u8* c, u32 bytes)
128 : : {
129 : : u32 x0, x1, x2, x3, x4, x5, x6, x7, x8, x9, x10, x11, x12, x13, x14, x15;
130 : : u32 j0, j1, j2, j3, j4, j5, j6, j7, j8, j9, j10, j11, j12, j13, j14, j15;
131 : 0 : u8* ctarget = nullptr;
132 : : u8 tmp[64];
133 : : uint32_t i;
134 : :
135 [ # # ]: 0 : if (!bytes) return;
136 : :
137 : 0 : j0 = x->input[0];
138 : 0 : j1 = x->input[1];
139 : 0 : j2 = x->input[2];
140 : 0 : j3 = x->input[3];
141 : 0 : j4 = x->input[4];
142 : 0 : j5 = x->input[5];
143 : 0 : j6 = x->input[6];
144 : 0 : j7 = x->input[7];
145 : 0 : j8 = x->input[8];
146 : 0 : j9 = x->input[9];
147 : 0 : j10 = x->input[10];
148 : 0 : j11 = x->input[11];
149 : 0 : j12 = x->input[12];
150 : 0 : j13 = x->input[13];
151 : 0 : j14 = x->input[14];
152 : 0 : j15 = x->input[15];
153 : :
154 : 0 : for (;;) {
155 [ # # ]: 0 : if (bytes < 64) {
156 [ # # ]: 0 : for (i = 0; i < bytes; ++i)
157 : 0 : tmp[i] = m[i];
158 : 0 : m = tmp;
159 : 0 : ctarget = c;
160 : 0 : c = tmp;
161 : 0 : }
162 : 0 : x0 = j0;
163 : 0 : x1 = j1;
164 : 0 : x2 = j2;
165 : 0 : x3 = j3;
166 : 0 : x4 = j4;
167 : 0 : x5 = j5;
168 : 0 : x6 = j6;
169 : 0 : x7 = j7;
170 : 0 : x8 = j8;
171 : 0 : x9 = j9;
172 : 0 : x10 = j10;
173 : 0 : x11 = j11;
174 : 0 : x12 = j12;
175 : 0 : x13 = j13;
176 : 0 : x14 = j14;
177 : 0 : x15 = j15;
178 [ # # ]: 0 : for (i = 20; i > 0; i -= 2) {
179 : 0 : QUARTERROUND(x0, x4, x8, x12)
180 : 0 : QUARTERROUND(x1, x5, x9, x13)
181 : 0 : QUARTERROUND(x2, x6, x10, x14)
182 : 0 : QUARTERROUND(x3, x7, x11, x15)
183 : 0 : QUARTERROUND(x0, x5, x10, x15)
184 : 0 : QUARTERROUND(x1, x6, x11, x12)
185 : 0 : QUARTERROUND(x2, x7, x8, x13)
186 : 0 : QUARTERROUND(x3, x4, x9, x14)
187 : 0 : }
188 : 0 : x0 = PLUS(x0, j0);
189 : 0 : x1 = PLUS(x1, j1);
190 : 0 : x2 = PLUS(x2, j2);
191 : 0 : x3 = PLUS(x3, j3);
192 : 0 : x4 = PLUS(x4, j4);
193 : 0 : x5 = PLUS(x5, j5);
194 : 0 : x6 = PLUS(x6, j6);
195 : 0 : x7 = PLUS(x7, j7);
196 : 0 : x8 = PLUS(x8, j8);
197 : 0 : x9 = PLUS(x9, j9);
198 : 0 : x10 = PLUS(x10, j10);
199 : 0 : x11 = PLUS(x11, j11);
200 : 0 : x12 = PLUS(x12, j12);
201 : 0 : x13 = PLUS(x13, j13);
202 : 0 : x14 = PLUS(x14, j14);
203 : 0 : x15 = PLUS(x15, j15);
204 : :
205 : 0 : x0 = XOR(x0, U8TO32_LITTLE(m + 0));
206 : 0 : x1 = XOR(x1, U8TO32_LITTLE(m + 4));
207 : 0 : x2 = XOR(x2, U8TO32_LITTLE(m + 8));
208 : 0 : x3 = XOR(x3, U8TO32_LITTLE(m + 12));
209 : 0 : x4 = XOR(x4, U8TO32_LITTLE(m + 16));
210 : 0 : x5 = XOR(x5, U8TO32_LITTLE(m + 20));
211 : 0 : x6 = XOR(x6, U8TO32_LITTLE(m + 24));
212 : 0 : x7 = XOR(x7, U8TO32_LITTLE(m + 28));
213 : 0 : x8 = XOR(x8, U8TO32_LITTLE(m + 32));
214 : 0 : x9 = XOR(x9, U8TO32_LITTLE(m + 36));
215 : 0 : x10 = XOR(x10, U8TO32_LITTLE(m + 40));
216 : 0 : x11 = XOR(x11, U8TO32_LITTLE(m + 44));
217 : 0 : x12 = XOR(x12, U8TO32_LITTLE(m + 48));
218 : 0 : x13 = XOR(x13, U8TO32_LITTLE(m + 52));
219 : 0 : x14 = XOR(x14, U8TO32_LITTLE(m + 56));
220 : 0 : x15 = XOR(x15, U8TO32_LITTLE(m + 60));
221 : :
222 : 0 : j12 = PLUSONE(j12);
223 [ # # ]: 0 : if (!j12) {
224 : 0 : j13 = PLUSONE(j13);
225 : : /* stopping at 2^70 bytes per nonce is user's responsibility */
226 : 0 : }
227 : :
228 : 0 : U32TO8_LITTLE(c + 0, x0);
229 : 0 : U32TO8_LITTLE(c + 4, x1);
230 : 0 : U32TO8_LITTLE(c + 8, x2);
231 : 0 : U32TO8_LITTLE(c + 12, x3);
232 : 0 : U32TO8_LITTLE(c + 16, x4);
233 : 0 : U32TO8_LITTLE(c + 20, x5);
234 : 0 : U32TO8_LITTLE(c + 24, x6);
235 : 0 : U32TO8_LITTLE(c + 28, x7);
236 : 0 : U32TO8_LITTLE(c + 32, x8);
237 : 0 : U32TO8_LITTLE(c + 36, x9);
238 : 0 : U32TO8_LITTLE(c + 40, x10);
239 : 0 : U32TO8_LITTLE(c + 44, x11);
240 : 0 : U32TO8_LITTLE(c + 48, x12);
241 : 0 : U32TO8_LITTLE(c + 52, x13);
242 : 0 : U32TO8_LITTLE(c + 56, x14);
243 : 0 : U32TO8_LITTLE(c + 60, x15);
244 : :
245 [ # # ]: 0 : if (bytes <= 64) {
246 [ # # ]: 0 : if (bytes < 64) {
247 [ # # ]: 0 : for (i = 0; i < bytes; ++i)
248 : 0 : ctarget[i] = c[i];
249 : 0 : }
250 : 0 : x->input[12] = j12;
251 : 0 : x->input[13] = j13;
252 : 0 : return;
253 : : }
254 : 0 : bytes -= 64;
255 : 0 : c += 64;
256 : 0 : m += 64;
257 : : }
258 : 0 : }
259 : :
260 : 0 : void ECRYPT_keystream_bytes(ECRYPT_ctx* x, u8* stream, u32 bytes)
261 : : {
262 : : u32 i;
263 [ # # ]: 0 : for (i = 0; i < bytes; ++i)
264 : 0 : stream[i] = 0;
265 : 0 : ECRYPT_encrypt_bytes(x, stream, stream, bytes);
266 : 0 : }
267 : :
268 [ + - ][ + - ]: 6 : FUZZ_TARGET(crypto_diff_fuzz_chacha20)
269 : : {
270 : 0 : FuzzedDataProvider fuzzed_data_provider{buffer.data(), buffer.size()};
271 : :
272 : : ECRYPT_ctx ctx;
273 : :
274 : 0 : const std::vector<unsigned char> key = ConsumeFixedLengthByteVector(fuzzed_data_provider, 32);
275 : 0 : ChaCha20 chacha20{MakeByteSpan(key)};
276 : 0 : ECRYPT_keysetup(&ctx, key.data(), key.size() * 8, 0);
277 : :
278 : : // ECRYPT_keysetup() doesn't set the counter and nonce to 0 while SetKey() does
279 : : static const uint8_t iv[8] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0};
280 [ # # ]: 0 : ChaCha20::Nonce96 nonce{0, 0};
281 : 0 : uint32_t counter{0};
282 : 0 : ECRYPT_ivsetup(&ctx, iv);
283 : :
284 [ # # ][ # # ]: 0 : LIMITED_WHILE (fuzzed_data_provider.ConsumeBool(), 3000) {
[ # # ]
285 [ # # ]: 0 : CallOneOf(
286 : : fuzzed_data_provider,
287 : 0 : [&] {
288 : 0 : const std::vector<unsigned char> key = ConsumeFixedLengthByteVector(fuzzed_data_provider, 32);
289 : 0 : chacha20.SetKey(MakeByteSpan(key));
290 [ # # ]: 0 : nonce = {0, 0};
291 : 0 : counter = 0;
292 : 0 : ECRYPT_keysetup(&ctx, key.data(), key.size() * 8, 0);
293 : : // ECRYPT_keysetup() doesn't set the counter and nonce to 0 while SetKey() does
294 : 0 : uint8_t iv[8] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0};
295 : 0 : ECRYPT_ivsetup(&ctx, iv);
296 : 0 : },
297 : 0 : [&] {
298 : 0 : uint32_t iv_prefix = fuzzed_data_provider.ConsumeIntegral<uint32_t>();
299 : 0 : uint64_t iv = fuzzed_data_provider.ConsumeIntegral<uint64_t>();
300 : 0 : nonce = {iv_prefix, iv};
301 : 0 : counter = fuzzed_data_provider.ConsumeIntegral<uint32_t>();
302 : 0 : chacha20.Seek(nonce, counter);
303 : 0 : ctx.input[12] = counter;
304 : 0 : ctx.input[13] = iv_prefix;
305 : 0 : ctx.input[14] = iv;
306 : 0 : ctx.input[15] = iv >> 32;
307 : 0 : },
308 : 0 : [&] {
309 : 0 : uint32_t integralInRange = fuzzed_data_provider.ConsumeIntegralInRange<size_t>(0, 4096);
310 [ # # ]: 0 : std::vector<uint8_t> output(integralInRange);
311 : 0 : chacha20.Keystream(MakeWritableByteSpan(output));
312 [ # # ]: 0 : std::vector<uint8_t> djb_output(integralInRange);
313 : 0 : ECRYPT_keystream_bytes(&ctx, djb_output.data(), djb_output.size());
314 [ # # ][ # # ]: 0 : assert(output == djb_output);
315 : : // DJB's version seeks forward to a multiple of 64 bytes after every operation. Correct for that.
316 : 0 : uint32_t old_counter = counter;
317 : 0 : counter += (integralInRange + 63) >> 6;
318 [ # # ]: 0 : if (counter < old_counter) ++nonce.first;
319 [ # # ]: 0 : if (integralInRange & 63) {
320 : 0 : chacha20.Seek(nonce, counter);
321 : 0 : }
322 [ # # ]: 0 : assert(counter == ctx.input[12]);
323 : 0 : },
324 : 0 : [&] {
325 : 0 : uint32_t integralInRange = fuzzed_data_provider.ConsumeIntegralInRange<size_t>(0, 4096);
326 [ # # ]: 0 : std::vector<uint8_t> output(integralInRange);
327 : 0 : const std::vector<uint8_t> input = ConsumeFixedLengthByteVector(fuzzed_data_provider, output.size());
328 : 0 : chacha20.Crypt(MakeByteSpan(input), MakeWritableByteSpan(output));
329 [ # # ]: 0 : std::vector<uint8_t> djb_output(integralInRange);
330 : 0 : ECRYPT_encrypt_bytes(&ctx, input.data(), djb_output.data(), input.size());
331 [ # # ][ # # ]: 0 : assert(output == djb_output);
332 : : // DJB's version seeks forward to a multiple of 64 bytes after every operation. Correct for that.
333 : 0 : uint32_t old_counter = counter;
334 : 0 : counter += (integralInRange + 63) >> 6;
335 [ # # ]: 0 : if (counter < old_counter) ++nonce.first;
336 [ # # ]: 0 : if (integralInRange & 63) {
337 : 0 : chacha20.Seek(nonce, counter);
338 : 0 : }
339 [ # # ]: 0 : assert(counter == ctx.input[12]);
340 : 0 : });
341 : 0 : }
342 : 0 : }
|
